Сверхпроводящее магнитное устройство

 

Использование: в прикладной сверхпроводимости. .Сущность: устройство содержит сверхпроводящую, обмотку 1, размещенную в криостате 3 с хладагентом , и расположенную непосредственно на поверхности обмотки оболочку из теплоизолирующего волокнисто-пористого материала, В результате происходит экономия жидкого хладагента и уменьшение весогабаритных характеристик устройства. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. s Л

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН цц5 Н 01 F 7/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4807520/07 (22) 05,03.90 (46) 23.06.92. Бюл. Г 23 (71) Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова (72) В.И; Большаков, И.А.. Ковалев, Н.Ф. Копейкин, С.Л. Круглов и Д.Б, Павии (53) 621.318.433(088.8) (56) Патент Великобритании

И 2145506, кл. F 25 D 13!00, 1985.

Apxapoa.A.И., Беляев В.П. и др.

Криогенные системы. И.: Машиностроение, 1987, с. 536. „.80„„1742871 А1

2 (54) СВЕРХПРОВОДЯЦЕЕ МАГНИТНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Использование в прикладной сверхпроводимости..СУЩность: устройство содержит. сверхпроводящую, обмот. ку 1, размещенную . в криостате 3 с хладагентом 4, и расположенную непосредственно на поверхности обмотки оболочку из теплоизолирую@его волок" нисто-пористого материала. В результате происходит экономия жидкого хладагента и уменьшение весогабаритных характеристик устройства. 2 з.п. ф-лы, 3 ил..

17ч28

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области прикладной сверхпроводимости, и может быть использовано при испытаниях и эксплу5 атации сверхпроводящих магнитных систем.

Известно сверхпроводящее магнитное устройство, содержащее сверхпроводящую обмотку, размещенную в камере с криогенной жидкостью.

Недостатком данного устройства является большой рост давления в камере при аварийном переходе обмотки в нормальное состояние и потери дорогосто-. 15 ящего газообразного хладагента, испаренного на поверхности нагретой обмотки и выходящего в атмосферу через предохранительные мембраны, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является сверхпроводящее магнитное устройство, содержащее сверхпроводящую обмотку, размещенную в криостате с хладагентом. Обмотка. с 25 зазором помещена в оболочку из тепло" изолирующего материала. Оболочку в виде колпака снабжена в верхней части клапаном для выхода газообразного хладагента и снижает рост .давления в криостате при аварийной потере сверхпроводимости, поскольку ограничивает количество испаряемого жидко, го гелия, непосредственно контактирующего с оЬмоткой, и, соответствен! но, снижает рост давления при этом. 35

Ф

Недостатком известного устройства является возможност ь резкого выброса больших порций газа и капельный унос жидкого хладагента в верхнюю теплую 4О часть криостата с последующим испарением и. соответствующим ростом давле" ния, Фактически эта часть жидкости испаряется впустую, не участвуя в охлаждении обмотки. Также недостатком являются большие габариты криостата ввиду опасности его переполнения вытесненной из под оболочки жидкостью и, следовательно, увеличение затрат материалов на его изготовление и вес 5(} криостата °

Цель изобретения - снижение расхода жидкого хладагента и уменьшение весогабаритных характеристик устройства.

Указанная цель достигается тем, что в с верхпроводящем ма гнитном уст" ройстве, содержащем сверхпроводящую обмотку, размещенную в криостате с

71 4 хладагентом, и оболочку из теплоизолирующего материала, охватывающую обмотку, оболочка расположена непосредственно на поверхности обмотки и ее тол" щина определяется соотношением

9, ь (Т-Т ) с d ((с — -)

С где Т - температура обмотки после ее перехода в нормаль ное состоя -; ние;

Т о - температура хладагента; критический тепловой поток в жидкий гелий с поверхности оболочки при переходе от пузырькового к пленочному режиму кипения;

9, 9 - теплопроводность материала, оболочки, усредненная в температурных интервалах от Т до

Т и от комнатной до То;

Г - удельная теплоемкость материала оболочки, усредненная в ин- . тервале температур от комнатной до Т„; л время захолаживания сверхпроводящей обмотки от комнаткой температуры до То.

Причем оболочка выполнена из волокнисто-пористого материала.

На фиг, 1 показано сверхпроводящее магнитное устройство, поперечное сечение; на фиг. 2.- график зависимости роста. давления в криостате от времени после перехода оЬмотки в нормальное состояние при наличии на ней оболочки из теплоизолирующего материала; на фиг. 3 - график зависимости количества испаренного жидкого гелия из криостата после перехода обмотки с оболочкой из теплоизолирующего материала и без фее в нормальное состояние от времени.

Уст ройство содержит сверхпроводящую обмотку 1 с расположенной непосредственно на повехности обмотки обо" лочкой 2 из волокнисто" пористого ма- . териала, например ваты, стекловуали. Обмотка расположена в криостате

3 с жидким хладагентом 4.

Устройство раЬотает следующим об" разом, В оЬмотку 1 вводится электрический ток до ее перехода в нормальное состояние, при этом часть хладагента 4 испаряется и выходит из криостата 3 через отверстие в верхнем фланце. При этом теплоизолирующая оболочка предотвращает непосредственный контакт.11428 хладагента с обмоткой, что исключает резкое вскипание гелия и, соответственно, его потерю.

Изготовлено и испытано сверхпроводящее магнитное устройство, содержащее сверхпроводящую обмотку с внут" ренним диаметром 45 мм, внешним

150 мм, высотой 150 мм, генерирующую; магнитное поле 11,5 Тл и расположен;, 1р ную вкриостате с внутренним диаметром:

210 мм, высотой 1440 мм, содержащем. 25 л жидкого. гелия. Устройство последовательно испытано с обмоткой без оболочки, с оболочкой толщиной 20, HM иэ ваты и с аналогичной. оболочкой из стекловуэли, которая показала наилуч" .шие результаты, причем допустимая тол" щина- может колебаться от 10 до 50 мм.

На фиг. 2 показана динамика раста рр давления в криостате после перехода .обмотки в нормальное состояние: Iобмотка без оболочки, II -оболочка из ваты, III - оболочка из стекловуали. На, Фиг. 3 представлен граФик из- 2 менения во времени количества испаренного иэ криостата жидкого гелия после перехода обмотки в нормальное состоя ние: I - обмотка без оболочки, II.— . оболочка из ваты, III" .оболочка из > стекловуали.

Уровень, обозначенный на оси ор. динат (11,5 л), соответствует запасенной в оЬмотке магнитной энергии., выраженной в объеме испаренной,жид. кости (энергия деленная на объемную теплоту парообразования). Кривые ХХ и 1ХТ асимптотически подходят к этому уровню, не пересекая его. Это означает, что при. наличии оболочки отсутствует капельный унос жидкости газом при переходе, в отличие от слу" . чая, когда обмотка без оболочки (кри" вая I) .

Таким образом, при использовании защитной оболочки из волокнисто-пористого материала, расположенной на поверхности сверхпроводящей обмотки лабораторного масштаба, при переходе ее в нормальное состояние экономия .«идкого хладагента составляет 2Ь3, 71 d (максимальный рост давления снижается, в 3, 5 ра за, при этом необходимая высота криостата уменьшается на 175 мм, :что экономит 123 объема криостата.

Формула.из обре т е ния

1. Сверхпроводящее магнитное устройство, содержащее сверхпроводящую .обмотку, размещенную в криостате с хладагентом, и оболочку иэ теплоизоли= рующего материала, охватывающую обмот ку, о т л и ч а ю щ е- е с я тем, что, с целью уменьшения весогабаритных характеристик устройства и снижения рас.хода жидкого хладагента, оболочка расположена непосредственно на поверхности обмотки.

2. Устройство го и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что толщина оболочки определяется соотношением

3! л Эа (ii

--"(т-т ) < ас ("--)

< о С где d - толщина, оболочки;

Т - температура оЬмотки после ее . перехода в нормальное состояние;

То - температура хладагента;

q - плотность критического тепло" вого потока в жидкий гелий с поверхности оболочки, характе" ризующего переход от пузырькового к пленачному режиму кипения (1О+ Вт/м ); 3»9z- теплопроводность материала оболочки, усредненная в интер" аале температур от Т до Т о и от нормальной до Т

С - удельная .теплоемкость материала оболочки, усредненная в ин- тервале температур от нормальной до Т„; л . - время захолаживания обмотки от нормальной температуры до

Т

3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ. е е с я тем, что оболочка выполнена иэ волокнисто-.пористого материала.

1 7 I 2871

+ S a. Ю Э Ю

1 2

Составитель В. Большаков

Техред Л,Олийнык Корректор И. Самборская

Редактор В. Петраш

Заказ 2288, Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ло изобретениям и открнтияй при ГКНТ СССР . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 10f